СЕТИ ЭВМ И ТЕЛЕКОММУНИКАЦИЙ Лекция 5 доктор технических

СЕТИ ЭВМ И ТЕЛЕКОММУНИКАЦИЙ Лекция 5 доктор технических наук, профессор Замятин Николай Владимирович Кафедра автоматизации обработки информации zam@fet. tusur. ru

Передача сигналов 1. Понятие о канале связи 2. Понятие о DTE 3. Понятие о DCE 4. Виды сигналов 5. Характеристики сигналов 6. Спектральное представление сигналов 7. Пропускная способность 8. Полоса пропускания линии 9. Виды физических сред распространения сигналов 10. Понятие о модуляции 11. Виды модуляций 12. Асинхронная цифровая передача 13. Синхронная цифровая передача 14. Понятие о цифровом сигнале 15. Принципы организации цифровых каналов 16. Импульсно-кодовая модуляция 17. Мультиплексирование цифровых каналов 18. Компрессия информации без потерь 19. Код Шеннона - Фэно 20. Компрессия информации с потерями 21. MPEG 22. Цифровое кодирование 23. Логическое кодирование 24. Скремблирование 25. Протокол HDLC 26. Способы обнаружения ошибок 27. Способы исправления ошибок 28. Передача дейтаграмм 29. Передача с соединением 30. Способы восстановления кадров

DTE a) кабель Amplifier MUX DTE Switch DCE Amplifier MUX DCE b) Составной канал Пример канала связи DTE

Состав линии связи

Вопрос? Можно ли по цифровому каналу передавать аналоговые данные? Ответ: По цифровому каналу можно передавать аналоговые сигналы, если они оцифрованы.

Сигналы и параметры

w 2 w + = Т П ре дс та вл ен ие пе ри од ич ес 3 w + 4 w +

Спектральное представление сигнала

1, 2 А NRZ 2 B 1 Q B 8 ZS 4 B/5 B Манчестерский и биполярный импульсный коды А 3 N N N 2 8 4 2 N – информационная скорость (bps) 2 N A – амплитуда сигнала Спектры потенциальных и импульсных кодов 5 N 2 F (Hz)

Вопрос? В чем заключаются функции устройств DTE и DCE? К какому из этих двух типов устройств относится сетевой адаптер? Ответ: Сетевой адаптер сочетает функции DTE и DCE

Основные характеристики каналов связи 1. 2. 3. 4. 5. Амплитудно-частотная характеристика; Полоса пропускания; Затухание; Помехоустойчивость; Перекрестные наводки на ближнем конце линии; 6. Пропускная способность; 7. Достоверность передачи данных; 8. Удельная стоимость.

Искажения сигнала в каналах связи

Представление линии как распределенной индуктивно-емкостной нагрузки

Вопрос? Какова ширина спектра идеального импульса? Ответ: Идеальный импульс имеет бесконечный спектр

Амплитудно-частотная характеристика

Transmitter Receiver Pout. Transmitter Receiver NEXTPout. — мощность сигнала на выходе передатчика Рind. — induced signal power на ближнем конце кабеля Рind-far. — induced signal на дальнем конце кабеля Рind. Переходное затухание FEXT Рind-far.

Пропускная способность - C(бит/с)- максимально возможное число бит информации, которые могут быть переданы в секунду С(бит/с) = F log 2(1 + Pc/Pm) F - полоса пропускания (Гц) Типичные значения пропускной способности (bandwidth) линий связи вычислительных сетей: 2400, 4800, 9600, 14400, 28800, 33600 б/с 56, 64 Кб/c; 1. 544, 2. 048, 10, 16, 34, 45, 155, 622 Мб/c

Повышение скорости передачи за счет дополнительных состояний сигнала C = , где М - количество состояний а) сигнал имеет 2 состояния; одного элемента данных б) сигнал имеет 4 состояния

Полоса пропускания линии связи Гармоники сигнала A A Гарм оник и сигн ала F 1 0 0 1 а 0 1 1 F 1 0 0 1 1 b Соответствие между полосой пропускания линии связи и спектром сигнала

Достоверность передачи данных: вероятность искажения бита данных (10 -3 10 -9 без дополнительных средств, 10 -9 - оптоволокно) Удельная стоимость линии: затраты на создание 1 км линии - от $0. 4 до $8

Вопрос? Найти теоретический предел скорости передачи данных в битах в секунду по линии связи с шириной полосы пропускания 20 к. Гц, если мощность передатчика составляет 0, 01 м. Вт, а мощность шума в линии связи равна 0, 0001 м. Вт? Ответ: C = F log 2 (1 + Pc/Pш) = 20000 x log 2 (1 + 0, 01/0, 0001) = 20000 x log 2 (101) = 20000 x 6, 68 = 133 600 (бит/с)

100 000 ТГц Ультрафиолетовые лучи 10 000 ТГц Видимый свет 1000 ТГц Волоконно-оптический кабель Инфракрасные лучи 100 ТГц 100 ГГц Каналы СВЧ 10 ГГц Коаксиальный кабель 1 ГГц 100 МГц Витая пара FM радио 10 МГц АМ радио 1 МГц 100 к. Гц Voice-frequency telephone channel Голосовой диапазон 10 к. Гц 1000 Гц 10 Гц Полосы пропускания линий связи и популярные частотные диапазоны

(воздушные) Проводные волоконно-оптические Fibers Радиоканалы наземной и спутниковой связи (медь) Кабельные Витая пара или Коаксиал Ти п ы ср ед пе ре

Устройство кабелей

Иерархия структурированной кабельной системы

Горизонтальные подсистемы Вертикальные подсистемы Главный коммуникационный центр Подсистемы кампуса Здание офисов Структура кабельных подсистем

Голосовой сигналl Высокочастотный несущий сигнал Модуляция голосовым сигналом

Вопрос? Определите пропускную способность дуплексной линии связи для каждого из направлений, если известно, что ее полоса пропускания равна 600 к. Гц, а в методе кодирования используется 10 состояний сигнала. Ответ: C = (2 F log 2 M ) / 2 – полоса пропускания линии пополам, так как при дуплексном режиме существуют два потока данных, каждый из которых при равной скорости передачи использует половину полосы пропускания канала. C = 600000 x log 2 10 = 600000 x 3, 32 = 1993356 бит/с = 1, 99 Мбит/с.

а 0 1 A 1 1 0 A 2 1 t b t f 1 f 2 c t φ1 φ2 d t Различные типы модуляции

900 00 1800 Квадратурная амплитудная модуляция с 16 -ю состояниями сигнала 2700

Синхронизация приемника и источника Синхро байт Байт n Управ- Контроль ление ошибок Байт 2 Данные пользователя Байт 1 Старт Стоп Байт 2 Старт Стоп Байт n Старт Стоп Асинхронная и синхронная передача Синхро байт Управ- Иденти- Управление фикатор ление

Кодирование (дискретная модуляция) Дискретизация непрерывного сигнала по амплитуде и по времени f 0 n 3 n 2 n 4 n 1 t 1 t 2 t 3 t 4 Частота квантования: f=1/ n 1, n 2, n 3, . . . - ”оцифрованный” сигнал f 2 f 0 Теорема Котельникова-Найквиста

Цифровой канал

0 1 Биполярный код AMI 0 (NRZI) 0 0 1 1 a Биполярный импульсный код б Манчестерский код в Потенциальный код 2 B 1 Q г +3 д +1 – 3 Способы дискретного кодирования данных 0

Улучшение кодированных сигналов

Частотное мультиплексирование

Коммутация каналов – разделение по длине волны (Wave Division Multiplexing, WDM или Dense WDM) MUX Внутри волны – TDM или пакеты Crossconnect

Соединение 2 - 1 1 -2 единение Со 1 2 . . N . . . 1 Мульти- N 2 1. . . плексор. . . Frame TDM 1 2 Запись Switch N 12. . . Frame Коммутатор TDM Буферная Демультиплексор TDM 2 . . . память Чтение N Коммутация на основе разделения канала во времени N

Интерфейс G. 703 R 1 R 2 DSU/ CSU Мост или DSU/ CSU Сеть PDH DSU/CSU маршрутизатор 1 Интерфейс RS-449 DSU/CSUМост или маршрути IP = 201. 20. 23. 64 255. 252 или ненумерованный интерфейс Подсеть 1 Подсеть 2 IP = 201. 20. 23. 128 IP = 201. 20. 23. 0 255. 192 Соединение IP-сетей с помощью выделенной линии